(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の鋼板から切れ出された、同形の等脚台形の複数のピースの、前記等脚台形の斜辺同士を接合してなる湾曲状の平板により構成された一対の主桁と、該一対の主桁間に配設され、前記主桁の湾曲形状に沿うように曲面状に湾曲した１枚のスキンプレートと、を備えることを特徴とするセグメント。
【請求項２】
前記ピースは、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するように、前記鋼板から切り出されてなることを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
【請求項３】
前記スキンプレートは、前記主桁の外周側の縁部よりも内周側の位置に配置され、前記スキンプレートの外周側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のセグメント。
【請求項４】
前記硬化体として、コンクリートを用いたことを特徴とする請求項３に記載のセグメント。
【請求項５】
セグメントの製造方法であって、
矩形状の鋼板から、同形の等脚台形のピースを複数切り出す第１の工程と、
前記切り出された複数のピースの前記等脚台形の斜辺同士を接合して湾曲する平板状の主桁を作製する第２の工程と、
板面が対向するように互いに平行に配置された一対の前記主桁間の、前記主桁の外周側の縁部よりも内周側の位置に、前記主桁の湾曲形状に沿うように曲面状に湾曲する１枚のスキンプレートを固定する第３の工程と、
前記スキンプレートの背面に、前記主桁の外周側の縁部よりも背面側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成する第４の工程と、を備えることを特徴とするセグメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセグメントに係り、特に簡便で安価に製造することが可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、 鉄道や道路等に用いられる地下トンネルを構築する方法として， 掘削壁の内壁に円弧状のセグメントを組み立て覆工するシールド工法が多用されている。  
このようなシールドトンネルに用いられるセグメントのうち鋼製セグメントは， 鋼板及び平鋼などを溶接して組み立てられた箱型構造を有している。
【０００３】
図１１は、一般的な鋼製セグメントの構造を示す斜視図である。  
図１１に示すように、鋼製セグメント１００は、外周側に配設される断面が円弧状のスキンプレート１１４と、 トンネル軸方向の両端部にスキンプレート１１４の外側に周方向に沿って配置される一対の主桁１１２と、 スキンプレート１１４の周方向両端部に軸方向に沿って配設される一対の継手板１１６とを、 一面が開放された箱型に組み立て、その内側に主桁１１２間を軸方向に連結する縦リブ１２０を設置し、 これら各部材の接合部を隅肉溶接により接合して製造される。さらに、合成セグメントにあっては、このように製造された鋼製セグメント１００の内部にコンクリートを充填して構成される。
【０００４】
これら構成部材のうち、主桁１１２については、主桁１１２の板厚が厚い場合、又は曲げ半径が小さい場合、一枚の矩形状の鋼板２２から複数枚切り出すことにより作製される。
【０００５】
図１２は、一枚の矩形状の鋼板２２から複数枚の主桁１１２を切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。  
図１２に示すように、一枚の鋼板２２から円弧状の主桁を効率良く切り出すためには、隣接する主桁１１２同士の間隔をできるだけ狭めた配置にする必要がある。
【０００６】
しかしながら、各主桁１１２をどのように配置しても、矩形状の鋼板２２から円弧状の主桁１１２を複数枚切り出す場合には、円弧形状の内側、外側、及び端部に使いきれない残片２２ｂが生じることにあり、材料ロスとなっていた。
【０００７】
これに対し、従来よりセグメントリングの断面形状に多角形を採用することにより、材料ロスを軽減させる鋼製セグメントが提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、鋼板を所要の形に切断し、それを冷間で折り曲げ加工を施すことにより、周方向の断面が台形又は三日月形の箱体を形成し、これらを周方向に連結することによりセグメントリングが形成することが可能な鋼製セグメント及びその製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２２０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の図２２に記載された鋼製セグメントでは、先に述べた本願の図１２の主桁と同様に、鋼板から湾曲する主桁を切り出す際に残片が生じることになり、材料ロスが生じてしまう。
【００１０】
また、特許文献１の図２１に記載された鋼製セグメントでは、鋼板から、三日月形の箱体を形成する複雑な形状の展開図形を切り出したり、折り曲げ加工を施したりするのに労力を費やすとともに、これら切り出しや折り曲げを行うための設備が必要となり製造コストが嵩む。また、ここで切り出される展開図形のうち、隣接する主桁間には切り込みを入れる必要があり、残片が生じることになり、材料ロスが生じてしまう。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安価で簡便に製造することが可能なセグメント及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明は、矩形状の鋼板から切れ出された、同形の等脚台形の複数のピースの、前記等脚台形の斜辺同士を接合してなる湾曲状の平板により構成された一対の主桁と、該一対の主桁間に配設され、前記主桁の湾曲形状に沿うように曲面状に湾曲した１枚のスキンプレートと、を備えることを特徴とする。 
本発明のセグメントによれば、主桁を構成するピースを矩形状の鋼板から等脚台形状で切り出すことにより、残片をほとんど生じさせることなく鋼板を効率良く利用することができるので、材料コストを低減させることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記ピースは、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するように、前記鋼板から切り出されてなることとしてもよい。 
また、本発明において、前記スキンプレートは、前記主桁の外周側の縁部よりも内周側の位置に配置され、前記スキンプレートの外周側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成したこととしてもよい。
【００１４】
特許文献１に記載されるような多角形状を有するセグメントリングをトンネル覆工に使用する場合、セグメントリングの外周面と、シールドマシンのスキンプレートの内周面との離間距離が一様ではなくなるため、テールシール部におけるテールブラシとセグメントリングの外周面の密着が困難となり、シール性を確保できないことがあるが、本構成によれば、セグメントリングの外周面にトンネル周方向に湾曲する円弧形状の硬化体が形成され、シールドマシンのスキンプレートの内周面との離間距離が一様になるので、テールブラシによるシール性を確保することができる。
【００１５】
また、シールドマシンは、掘進するための推進力を、マシン後方に備えるシールドジャッキをセグメントの主桁に押し当てることにより得ているが、本構成によれば、主桁間に硬化体が設けられていることにより、マシン推進時に作用するセグメントへの軸力に対する耐力が向上する。これにより、かかる軸力に抵抗するために設置される縦リブの量を低減することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記硬化体として、コンクリートを用いたこととしてもよい。
【００１７】
また、本発明は、セグメントの製造方法であって、矩形状の鋼板から、同形の等脚台形のピースを複数切り出す第１の工程と、前記切り出された複数のピースの前記等脚台形の斜辺同士を接合して湾曲する平板状の主桁を作製する第２の工程と、板面が対向するように互いに平行に配置された一対の前記主桁間の、前記主桁の外周側の縁部よりも内周側の位置に、前記主桁の湾曲形状に沿うように曲面状に湾曲する１枚のスキンプレートを固定する第３の工程と、前記スキンプレートの背面に、前記主桁の外周側の縁部よりも背面側に、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体を、トンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように形成する第４の工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡便かつ安価に製造することが可能なセグメント及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。  
図１は、本実施形態に係る鋼製セグメント１０を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、鋼製セグメント１０は、トンネル軸方向の両端部に配置される一対の主桁１２と、主桁１２間に配設され、トンネル周方向に湾曲するスキンプレート１４と、  スキンプレート１４のトンネル周方向両端部に配設される一対の継手板１６と、スキンプレート１４の背面に打設されるコンクリート１８と、主桁１２間に配設される複数本の縦リブ２０とを備えている。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る鋼製セグメント１０の製造工程を示すフローである。  
図２に示すように、鋼製セグメント１０の製造方法は、ピースを切り出す第１の工程Ｓ１０と、主桁を作製する第２の工程Ｓ２０と、鋼部材を組み立てる第３の工程Ｓ３０と、コンクリートを打設する第４の工程Ｓ４０と、を備える。以下、各工程について順に説明する。
【００２２】
本実施形態に係る主桁１２は、通常のセグメントの主桁１１２（図１１又は図１２参照）のように、主桁が円弧曲線状ではなく、複数の等脚台形状の平板を周方向に連結して構成されており、第１の工程Ｓ１０では、矩形状の鋼板２２から、同形の等脚台形状のピース２４を複数切り出して作製する。
【００２３】
図３は、矩形状の鋼板２２から、主桁１２を構成するピース２４を複数枚切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。  
図３に示すように、同形の等脚台形を有するピース２４を鋼板２２から複数枚切り出すべく、切り出すための切断線を次に説明するように設定する。
【００２４】
まず、矩形状の鋼板２２の横辺ＬＨに平行する横切断線Ｌ１を、縦方向に等間隔に設定する（Ｓ１２）。なお、図３では、３本の横切断線Ｌ１を設定している。次に、横辺ＬＨと横切断線Ｌ１間、又は各横切断線Ｌ１間に、等角度に傾斜する斜切断線Ｌ２を、横方向にその傾斜の向きが交互に反転するように、等間隔に設定する（Ｓ１４）。すなわち、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するように、等脚台形の輪郭の切断線が設定されることになる。
【００２５】
このように、ピース２４の切り出すための切断線を設定することにより、ピース２４を切り出し後、ピース２４間における鋼板２２のロスがなくなる。なお、図３のレイアウトの例では、鋼板２２から１６枚の同形の等脚台形が作製され、ここで矩形状の鋼板２２から生じる残片２２ａは、鋼板２２の横方向両端の小部分のみとなる。
【００２６】
第２の工程Ｓ２０では、切り出された複数のピース２４を使って主桁１２を作製する。  
図４は、ピース２４により構成される主桁１２の平面図である。
【００２７】
図４に示すように、切り出された複数のピース２４のうち所定数のピース２４を、各等脚台形の互いに平行な辺のうち短辺を内周側に配置するとともに、隣接する等脚台形の斜辺同士を溶接等により接合することにより、湾曲する平板状の主桁１２を作製する。図３、図４の例では、４枚のピース２４から１枚の主桁１２が構成され、１枚の鋼板２２から４枚の主桁１２を作製することができる。なお、図１２に示す従来技術では、同じ寸法の矩形状の鋼板２２から、同様の寸法の円弧状の主桁１２を３枚しか作製することができない。
【００２８】
以上のように作製した主桁１２に、覆工時にトンネル軸方向のセグメントと連結するためのボルトを挿通する孔２６を所定の位置に設ける。
【００２９】
第３の工程Ｓ３０では、鋼製セグメント１０を構成する、主桁１２と、スキンプレート１４と、継手板１６とを組み立てる。
【００３０】
図５は、鋼部材組立の際の主桁１２の配置を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。  
図５に示すように、作製された複数の主桁１２のうち一対の主桁１２を、鋼製セグメントにおけるトンネル軸方向の両端に、板面が対向するように互いに平行に配置する。
【００３１】
図６は、鋼部材組立の際のスキンプレート１４の設置状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。 
図６に示すように、配置された主桁１２間に、トンネル周方向に湾曲するスキンプレート１４を設置し、例えば、主桁１２と溶接することより主桁１２間に固定する。ここで、スキンプレート１４は、後述の鋼製セグメントの背面側に打設されるコンクリート１８の内型枠としての役割も有する。スキンプレート１４は、主桁１２間であれば、外周側の縁部、内周側の縁部、或いは外周と内周との中間部のどの位置に設置してもよい（本実施形態では中間部）。また、スキンプレート１４のトンネル周方向の断面形状は、湾曲する形状であれば円弧状など特に限定されない（本実施形態では円弧状）。
【００３２】
図７は、鋼部材組立の際の継手板１６の設置状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。  
図７に示すように、継手板設置工程Ｓ５０では、一対の継手板１６を、スキンプレート１４のトンネル周方向両端の辺に沿ってスキンプレート１４に対して垂直に配設し、スキンプレート１４に溶接等で固定する。この継手板１６は、矩形状を有し、例えば、鋼板等から切り出されたものである。なお、継手板１６にも、トンネル覆工時にトンネル周方向のセグメントと連結するためのボルトを挿通する孔２６を所定の位置に設ける。
【００３３】
図８は、鋼部材組立の際の縦リブ２０の設置状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【００３４】
図８に示すように、縦リブ設置工程Ｓ６０では、主桁１２間に複数本の縦リブ２０を、主桁１２又はスキンプレート１４と溶接することにより設置する。縦リブ２０としては、例えば、平板をＬ字に屈曲させたものを用いることができる。
【００３５】
図９は、第４の工程Ｓ４０におけるコンクリート打設状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。  
図９に示すように、第４の工程Ｓ４０では、コンクリート１８を、スキンプレート１４の背面側に、その外周面がトンネル周方向に湾曲する円弧形状になるように打設する。ここでコンクリート１８の厚みが、主桁１２の外周側の縁部よりも背面側の位置にまで形成されるようにする。
【００３６】
このように、鋼製セグメント１０に円弧状の背面が形成されることにより、セグメントリングとして組み立ててトンネル壁面を覆工した場合に、セグメントリングの外周面と、シールドマシンのスキンプレート１４の内周面との離間距離が一様になる。これにより、テールシール部におけるテールブラシとセグメントリングの外周面の密着が着実になされ、テールブラシによるシール性が確保される。
【００３７】
また、シールドマシンは、掘進するための推進力を、マシン後方に備えるシールドジャッキをセグメント１０の主桁１２に押し当てることにより得ているが、本実施形態では、主桁１２間にコンクリート１８が打設されていることにより、マシン推進時に作用するセグメント１０への軸力に対する耐力が向上する。これにより、かかる軸力に抵抗するために設置される縦リブ２０の量の低減を実現している。
【００３８】
なお、本実施形態では、スキンプレート１４の背面側にコンクリート１８を打設するとしたが、これに限らず、スキンプレート１４の内面側にもコンクリート１８を打設してもよい。これにより、さらに一層、マシン推進時に作用するセグメント１０への軸力に対する耐力が向上する。
【００３９】
ただし、主桁１２又は継手板１６のボルトを挿通するための孔２６が閉塞されてしまうような場合には、図１０に示すように、鋼製セグメントの内面側にコンクリート１８を打設する際、各孔２６の位置に角材２８を設けることにより、その部分にコンクリート１８が充填されないようにし、コンクリート１８が硬化後、角材２８等を脱型することにより孔２６の閉塞を防ぐ。
【００４０】
また、本実施形態では、鋼製セグメント１０の背面又は内面に打設するものとしてコンクリート１８を用いたが、これに限らず、時間の経過とともに硬化して所定の圧縮強度を発現する硬化体であればどのようなものを用いてもよい。ここで所定の圧縮強度とは、少なくとも、トンネル覆工時にシールドマシンのテールブラシが擦れても破損しない程度の強度のことをいう。このような硬化体としては、例えば、合成樹脂やモルタル等を用いることができる。
【００４１】
以上説明した本実施形態に係る鋼製セグメント１０によれば、矩形状の鋼板２２から、同形の等脚台形のピース２４を複数切り出し、切り出された複数のピース２４のうち所定数のピース２４を用いて、等脚台形の斜辺同士を接合して湾曲状の平板を作製し、湾曲状の平板を主桁１２として用いる。ここで、ピース２４は、横方向に隣接する同形の等脚台形向きが交互に反転するとともに、これら等脚台形の斜辺同士が共通するような配置で、等脚台形の輪郭の切断線が鋼板２２に画定され、鋼板２２から切断線に沿って切り出される。これにより、矩形状の鋼板２２から、主桁１２部材となる同形の等脚台形のピース２４を、残片をほとんど生じさせることなく、効率良く複数枚切り出すことができるので、鋼板２２の材料コストを低減させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態に係る鋼製セグメント１０では、主桁１２を鋼板２２から切り出すことにより作製したが、これに限らず、例えば、断面がＣ形を有するＣチャンネル材を用いて、Ｃチャンネル材を軸方向に等脚台形状に切断し、これら等脚台形状に切り出されたＣチャンネルの部材の斜辺同士を接合することにより主桁１２を作製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係る鋼製セグメントを示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図２】本実施形態に係る鋼製セグメントの製造工程を示すフローである。
【図３】矩形状の鋼板２２から、主桁１２を構成するピース２４を複数枚切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。
【図４】ピース２４により構成される主桁１２の平面図である。
【図５】鋼部材組立の際の主桁１２の配置を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図６】鋼部材組立の際のスキンプレート１４の設置状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図７】鋼部材組立の際の継手板１６の設置状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図８】鋼部材組立の際の縦リブ２０の設置状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図９】第４の工程Ｓ４０におけるコンクリート打設状況を示し、同図（ａ）はセグメントの内側から見た斜視図、同図（ｂ）はセグメントの背面から見た斜視図である。
【図１０】スキンプレート１４の内面側にコンクリート１８を打設した場合における鋼製セグメントを内面から見た斜視図である。
【図１１】一般的な鋼製セグメントの構造を示す斜視図である。
【図１２】一枚の矩形状の鋼板２２から複数枚の主桁１２を切り出すためのレイアウトの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０、１００  鋼製セグメント
１２、１１２  主桁
１４、１１４  スキンプレート
１６、１１６  継手板
１８  コンクリート
２０、１２０  縦リブ
２２  鋼板
２４  ピース
Ｓ１０  第１の工程
Ｓ２０  第２の工程
Ｓ３０  第３の工程
Ｓ４０  第４の工程
【図１】
0005245547.tif 000002
【図２】
0005245547.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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